Wirtualna zajętość widma w sieciach radia kognitywnego - algorytmy oceny

• Autorzy: Strużak R. , Sobolewski J.

Warianty tytułu

EN

Virtual Channel Occupancy in Cognitive Radio Networks: Evaluation Algorithms

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Artykuł zawiera ogólny przegląd problemów związanych z inżynierią widma w aspekcie radia kognitywnego, bez wiązania go z jakąkolwiek specyficzną technologią, zakresem częstotliwości lub zastosowaniem. Zajętość taka jest powodowana nieliniowościami w elementach toru transmisyjnego i w otoczeniu. Omawia się w nim podstawowe mechanizmy oraz dyskutuje problemy praktycznego wykorzystania tej nowej technologii. Przedstawia się dwa algorytmy, z których jeden pozwala odpowiedzieć na pytanie, czy dany kanał częstotliwości może być wykorzystany przez radio kognitywne w konkretnej sytuacji. Przytacza się wyniki badań symulacyjnych pokazujące, że wirtualna zajętość może znacznie ograniczać pulę dostępnych kanałów. Drugi algorytm pozwala oszacować prawdopodobieństwo tego rodzaju efektów nieliniowych przy koegzystencji systemów radiowych na danym obszarze geograficznym. Chociaż został on opracowany dla innego zastosowania radia (tzw. CB - citizen band) autorzy proponują, aby zaadaptować go dla potrzeb radia kognitywnego. Dotychczas, przy wyznaczaniu obszarów potencjalnego zastosowania radia kognitywnego nie brano pod uwagę wirtualnej zajętości ani nie zwracano uwagi na konieczność oddzielnego planowanie częstotliwości dla kanałów nadawania i dla kanałów odbioru w radiu kognitywnym. Wspomina się związane z tematem wcześniejsze badania Instytutu Łączności i proponuje się dalsze prace.

EN

This article reviews problems of virtual occupancy of radio spectrum from the perspective of cognitive radio. It is quite general and does not imply any specific technology, application, or frequency. Such occupancy results from nonlinearities in radio transmitters and receivers and in their neighborhood. The process is known also as intermodulation or spectrum enrichment. The paper discusses its mechanisms and problems it creates for practical application of cognitive radio. Then it describes two general algorithms. One of them, answering the question whether or not a given frequency channel can be exploited by cognitive radio to assure its interference free operation, was used in Australia. Simulation results are quoted, which show that the pool of channels available for a cognitive radio can be substantially reduced due to virtual occupancy. The second algorithm calculates the probability of intermodulation interference over a geographical region shared by radio systems. It was originally used in the USA to determine that probability for the "citizen band radio". The authors propose it to be adapter to the case of cognitive radio systems. The article does mention also research undertaken earlier in the EMC Labs. of the National Institute of Telecommunications in Wroclaw in that area and propose their continuation.

Słowa kluczowe

PL

radio kognitywne; intermodulacje; zarządzanie widmem; inżynieria widma; wzbogacanie widma; kompatybilność elektromagnetyczna; wirtualna zajętość; kanały radiowe; prawdopodobieństwo zakłóceń; regulacje radiowe

EN

cognitive radio; interference; intermodulation; spectrum management; spectrum engineering; spectrum enrichment; electromagnetic compatibility; virtual channel occupancy; probability of interference; regulations

• Wydawca: Instytut Łączności - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Telekomunikacja i Techniki Informacyjne
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 1-2
• Strony: 33--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 43 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Strużak R.

autor

Sobolewski J.

• Instytut Łączności Oddziału we Wrocławiu

Bibliografia

• [1] Definitions of Software Defined Radio (SDR) and Cognitive Radio System (CRS), Report ITU-R SM.2152, ITU, 2009.
• [2] Mitola J.: Cognitive Radio - an Integrated Agent Architecture for Software Defined Radio, Royal Institute of Technology (KTH), 2000, http://web.ict.kth.se/~jmitola/Mitola_Dissertation8_Integrated.pdf (14.11. 2013).
• [3] Akyildiz I.F., Lee W. - Y., Vuran M. C., Mohanty S.: A survey on Spectrum Management in Cognitive Radio Networks, IEEE Communications Magazine, April 2008, s. 40-48.
• [4] Comaniciu C., Agrawal P.: A Game-Theoretic Approach to Interference Management in Cognitive Radio, Wireless Communications - The IMA Volumes in Mathematics and its Applications, vol. 143, Springer 2007, s. 199-219.
• [5] Moe W. Z., Pinto P. C., Sheep L. A.: Mathematical Theory of Network interference and Its Applications, http://dx.doi.org/10.1109/JPROC.2008.2008764.
• [6] Lopez-Benitez M., Casadevall F.: Methodologic Aspects of Spectrum Occupancy Evaluation in the Context of Cognitive Radio, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ett.1453/full.
• [7] Kang K-M., Park J. C., Cho S-I., Jeong B. J., Jin Y., Lim H-J., Im G-H.: Deployment and Coverage of Cognitive Radio Networks in TV White Space, IEEE Communications Magazine, vol. 12, 2012, s. 88-94.
• [8] ECC Report 159: Technical and Operational Requirements for the Possible Operation of Cognitive Radio Systems in the “White Spaces” of the Frequency Band 470-790 MHz, January 2011.
• [9] M. Burke M., Lally B. T., Kerans A. J.: Virtual Occupancy in Cognitive Radio, IEEE International Symposium on Dynamic Spectrum Access Networks (DySPAN), 2011, s. 328-336.
• [10] Drozd A. J.: Evaluation of Discrete Spectrum Enrichment in Nonlinear Four-poles, Proc. 2nd Int. Symposium on EMC, Montreux, Switzerland, 1977, s. 171-176;
• [11] Holes P.: Locating Passive Intermodulation - PIM Faults, http://www.radio-electronics.com/articles/rf-topics/locating-passive-intermodulation-pim-faults-48, 7/11/2012.
• [12] Zienkiewicz R.: Zakłócenia intermodulacyjne w sieciach radiokomunikacji ruchomej, Prace Instytutu Łączności, 1971, nr 1 (61), s. 3-57 oraz nr 2 (62), s. 3-44.
• [13] Pietranik M., Sęga W., Żarko R.: Compatibility Between Mobile Services and TV Broadcasting in VHF Band. Practical experiences, Proc. of the 15th Intern. Symp. on EMC, Wrocław, 2000, s. 695-698.
• [14] ECC Report 185: Further Definition of Technical and Operational Requirements for the Operation of White Space Devices in The Band 470-790 MHz, Complementary Report to ECC Report 159, January 2013.
• [15] ECC Report 186: Technical and Operational Requirements for the Operation of White Space Devices Under Geo-Location Approach, January 2013.
• [16] Stuber G. L., Almafouh S. M., Sale D.: Interference Analysis of TV-Band Whitespace, Proceeding of the IEEE, vol. 97, nr 4, April 2009, s. 741-754.
• [17] Newman T. R., DePardo D., Wyglinski A.M., Evans J. B., Rajbanshi R., Petty V.R., Datla D., Weidling F., Kolodzy P. J., Marcus M. J., Minden G. J., Roberts: Measurements and Analysis of Secondary User Device Effects on Digital Television Receivers, EURASIP Journal on Advances in Signal Processing, vol. 2009, article ID 510867, DOI:10.1155/2009/510867.
• [18] Chase W. M., Rockway J. W., Salisbury G. C.: A Method of Detecting Significant Sources of Intermodulation Interference, IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. EMC-17, nr 2, May 1975, s. 47-50.
• [19] Baran J.: Badania impedancji drutów i elementów grzejnych w zakresie w.cz. - praca dyplomowa magisterska, Instytut Metrologii Elektrycznej Politechniki Wrocławskiej, 1970.
• [20] Pietranik M., Żarko R.: Ograniczenia w planowaniu sieci stacji UKF FM wynikające z intermodulacji w odbiornikach radiofonicznych, Prace Instytutu Łączności, nr 105, Warszawa, 1995.
• [21] Hetel M., Pietranik M., Żarko R., Sęga W.: Ocena kompatybilności systemów HD Radio i UKF FM, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej. Radiokomunikacja, Radiofonia, Telewizja, Politechnika Gdańska, Gdańsk, 2007, nr 1, s. 325-328.
• [22] Unwanted Emissions in the Spurious Domain, SM Series Spectrum management Recommendation ITU-R SM.329-12, Sept. 2012,
• [23] Rupp M.: Radio Frequency (RF) Linearisation, in T. A. Sturman (ed.): An Evaluation of Software Defined Radio, QuinetiQ/D&TS/COM/PUB0603670/ver.1.0, 2006.
• [24] Mahrof D. H., Klumperink E. A. M., Haartsen J. C., Nauta B.: On the Effect of Spectral Location of Interferers on Linearity Requirements for Wideband Cognitive Radio Receivers, IEEE, 2010, 978-1-4244-5188-3/10.
• [25] Marshall P. F.: Cognitive Radio as a Mechanism to Manage Front-End Linearity and Dynamic Range, IEEE Communications Magazine, March 2009, s. 81-87.
• [26] Reed J.: Software Radio, Prentice Hall PTR, 2002, ISBN 0-13-081158-0.
• [27] Dąbrowski H., Kania A., Klimkiewicz R.: Antenowe konstrukcje wsporcze z tworzywa kompozytowego dla stacji bazowych w radiokomunikacji, Raport Instytutu Łączności nr Z21/21-3-02-8/246/98.
• [28] Razavi B.: Cognitive Radio Design Challenges and Techniques, IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 45, nr 8, August 2010, s. 1542-1553.
• [29] Holes P: Locating Passive Intermodulation, PIM Faults, Radio-Electronics.com, 24 April 2012, http://www.radio-electronics.com/articles/rf-topics/locating-passive-intermodulation-pim-faults-48, (7/11/2012).
• [30] Shepard N. H.: A Report on Interference Caused by Intermodulation Products Generated in or Near Land Mobile Transmitters, IRE Transactions on Vehicular Technology, 1967, vol. VT-16, nr 1, s. 16-19 (cytowane za [11]).
• [31] Staniec K., Grzybkowski M., Erlebach K.: Propagation Modelling (Nawrocki M. J., Dohler M., Aghvami A. H.: Understanding UMTS Radio Network Modelling, Planning and Automated Optimisation. Theory and Practice) John Wiley&Sons, 2006, ch. 5, s. 67-113.
• [32] Berry L. A.: Probability of Intermodulation Interference in an Expanden CB Service; NTIA-TM-79-15, US Department of Commerce, 1979.
• [33] Leese R., Hurley S.: Methods and Algorithms for Radio Channel Assignment, Oxford University Press, 2002, ISBN 0-19-850314-8.
• [34] Wroński J.: Zastosowanie obliczeń równoległych w planowaniu naziemnych sieci radiowych (rozprawa doktorska) Politechnika Wrocławska, Wrocław, 2013, I28/P-004/2013.
• [35] Struzak R.: Microcomputer modeling, analysis and planning in terrestrial television broadcasting, Telecommunication Journal, vol. 59-X/1992, s. 459-492.
• [36] Struzak R.: On Spectrum Congestion and Capacity of Radio Links, Annals of Operations Research, vol. 107, 2001, s. 339-347, ISSN 0254-5330.
• [37] Zander J., Sung K. W.: Opportunistic Secondary Spectrum Access: Opportunities and Limitations, The Radio Science Bulletin, URSI, nr 400, March 2012, s. 28-33.
• [38] Struzak R.: Terrestrial Electromagnetic Environment; w: Rotkiewicz W. (ed.): Electromagnetic Compatibility in Radio Engineering, Elsevier – WKL, 1982, ISBN 0-444-99722-9.
• [39] Tjelta T., Struzak R.: Spectrum Management Overview, The Radio Science Bulletin, URSI, nr 400, March 2012, s. 25-28.
• [40] Strużak R., Więcek D.: Regulatory Issues for TV White Spaces, w: M. Zennaro (ed): TV White Spaces, a Pragmatic Approach; ICTP, ISBN: 978-9295003-50-7.
• [41] Gołębiowski B., Niewiadomski D., Sobolewski J., Więcek D.: Możliwości wykorzystania widma radiowego w systemach radia kognitywnego, KKRRiT 2012, Gdańsk, maj 2012.
• [42] Grzybkowski M. J.: Perspektywy zagospodarowania widma radiowego w Polsce pod kątem implementacji radia kognitywnego, Telekomunikacja i Techniki Informacyjne, vol. 1-2, 2012, s. 18-39.
• [43] D. Więcek D.: Methodology of White Space estimation in TV bands based on the ITU GE06 technical conditions, Cost IC0905 Terra 3rd Workshop, Brussels, 21.06.2011.